[发明专利]一种微生物处理的超级电容器用炭材料的制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种微生物处理的超级电容器用炭材料的制备方法，确切地说是一种以淀粉为原料制备超级电容器电极材料活性炭的方法。

二、背景技术

超级电容器是近十几年随着材料科学的突破而出现的新型功率型储能元件。超级电容器曾被列为年度世界七大科技发现之一，且被认为是能量储存领域的一项革命性发展，并将在某些领域取代传统蓄电池。超级电容器在充、放电过程中不存在化学反应，所以它在储存电能时具有充电速度快，不怕过充、放电，电能有效利用率最高可达95%以上，使用寿命长，可充放电5-10万次。鉴于其特点，它能够广泛的应用于消费类电子产品领域，还能用于电动汽车、新能源发电、分布式储能系统、智能电网等领域等，涉及多个行业，属于标准绿色环保产品。

超级电容器主要由集电体、电解液、隔膜和活性炭材料组成，其中活性炭为重要的关键材料。活性炭的优劣直接决定了超级电容器性能的高低。传统上常以酚醛树脂、煤炭、沥青和石油焦在内的材料作为制备超级电容器的电极材料活性炭的原料；近几年来，出现了一些以可再生的生物质资源为碳源生产超级电容器用活性炭材料的方法。对超级电容器用活性炭材料的制备研究是一项研究重点。

淀粉在发酵过程中，部分淀粉被分解，产生大量的菌体，以及发酵产物填充形成的特殊的微孔结构是制备高性能超级电容器用活性炭的前提，有别于其他原料制备超级电容器用活性炭的方法，迄今为止，还没有以经过发酵培养的淀粉发酵料制备超级电容器用活性炭材料的报道。

三、发明内容

本发明旨在提供以淀粉为原料制备的活性炭用于超级电容器的电极材料，所要解决的技术问题是赋予产品合理的孔径分布、较大的比表面积和良好的电化学行为。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

本方法以淀粉为原料，包括发酵培养、炭化、活化以及粉碎、洗涤、分离和干燥各单元过程，所述的发酵培养是淀粉与酵母以1000:1~20的质量比混合并加水搅拌均匀后于20~35℃、自然通风条件下发酵6~24小时得到发酵料；所述的炭化是发酵料经干燥后置炭化炉中于270~900℃下炭化0.5~12小时得到炭化料；所述的活化是炭化料与活化剂以1:2~7的质量比混合均匀后置活化炉中于500~950℃、活化0.5~8小时得到活化料；将活化料粉碎或研磨过100~500目筛得到活化的粉料，活化的粉料依次经水洗、酸洗和水洗至滤渣澄清、pH值4~7，最后干燥得到活性炭。

所述的淀粉选自小麦淀粉、玉米淀粉、木薯淀粉、甘薯淀粉、红薯淀粉、马铃薯淀粉、绿豆淀粉、菱角淀粉或藕淀粉等。

所述的酵母选自酵母粉、活性干酵母或快速活性干酵母，上述各种酵母市场有售，发酵培养时间因所用的酵母不同而异，快速活性干酵母时间短，余则时间长。

所述的活性剂选择氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、磷酸、氯化锌或水蒸气等。为混合均匀，可将其溶于水中（水蒸气除外）与炭化料混合，但在活化之前需干燥脱水。

所述的酸洗使用6%盐酸或6%硝酸。

本方法的具体操作步骤如下：

a、发酵培养：采用酵母菌发酵淀粉，淀粉与酵母以1000:1-20的质量比配比，加水搅拌后在20～35℃、自然通风条件下充分发酵6~24小时，获得发酵料；

b、干燥：将发酵培养后的发酵料置于烘箱中干燥，温度为70～150℃，烘干时间为0.5～24小时；

c、炭化：将经过干燥的发酵料置于炭化炉中，炭化温度为270～900℃、炭化时间为0.5～12小时，获得炭化料；优选500-750℃；

d、活化：炭化料与活化剂以质量比1：2-7配比；活化剂以水溶解后，将其水溶液与炭化料均匀混合，然后在100～120℃时干燥，脱水后置于活化炉中，或者活化剂直接与炭化料混合均匀后置于活化炉中，活化温度为500～950℃、活化时间为0.5～8小时；获得活化料；

e、分离与净化：活化料研磨至颗粒大小为100～500目后依次经过水洗、酸洗和水洗直至滤液澄清、pH达到4～7；再将经过过滤获得的活化料干燥处理，首先低温60～100℃下干燥除去表面水分，再高温100～180℃下干燥深层次除去产物微孔中的水分，得到活性炭产品。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：